TP Plasmons de volume et plasmons de surface dans les métaux
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Niveau: Supérieur, Master, Bac+4
TP 1-2 : Plasmons de volume et plasmons de surface dans les métaux 1 Plasmons de volume On souhaite estimer dans cette partie la pulsation plasma ?p de l'or massif. Cette pulsation plasma correspond à un mode d'oscillation collective des électrons du métal. Pour des électrons libres, ?p s'exprime en fonction de la densité volumique de charge n par ?p = √ ne2 m?0 . Dans ce cas, on peut montrer que ?p paramétrise la constante diélectrique du métal (modèle de Drude). Dans le domaine optique, la relation de dispersion ?(?) prend la forme simple ?(?) = 1 ? ? 2p ?2 et on se propose de déterminer la valeur de ?p à partir de mesures de transmission réalisées avec des couches minces semi-transparentes. 1.1 Dispositif expérimental : • Vous disposez de 3 couches d'or d'épaisseurs (26 nm, 45 nm, et 65 nm). Ces couches ont été déposées sur un substrat de verre. Manipuler ces couches avec précaution (attention à ne pas mettre les doigts sur les couches). • Le montage (voir ci-dessous) se compose d'une lampe à filament de tungstène émettant dans le visible et proche infra-rouge (350-1000nm environ) et d'un spectromètre intégré (ensemble constitué d'une fibre optique de 10 micron, d'un réseau et d'une caméra de 2048 pixels délivrant un signal numérisé avec 12 bits).
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TP 1-2 : Plasmons de volume et plasmons de surface dans les métaux 1 Plasmons de volume On souhaite estimer dans cette partie la pulsation plasma ?p de l'or massif. Cette pulsation plasma correspond à un mode d'oscillation collective des électrons du métal. Pour des électrons libres, ?p s'exprime en fonction de la densité volumique de charge n par ?p = √ ne2 m?0 . Dans ce cas, on peut montrer que ?p paramétrise la constante diélectrique du métal (modèle de Drude). Dans le domaine optique, la relation de dispersion ?(?) prend la forme simple ?(?) = 1 ? ? 2p ?2 et on se propose de déterminer la valeur de ?p à partir de mesures de transmission réalisées avec des couches minces semi-transparentes. 1.1 Dispositif expérimental : • Vous disposez de 3 couches d'or d'épaisseurs (26 nm, 45 nm, et 65 nm). Ces couches ont été déposées sur un substrat de verre. Manipuler ces couches avec précaution (attention à ne pas mettre les doigts sur les couches). • Le montage (voir ci-dessous) se compose d'une lampe à filament de tungstène émettant dans le visible et proche infra-rouge (350-1000nm environ) et d'un spectromètre intégré (ensemble constitué d'une fibre optique de 10 micron, d'un réseau et d'une caméra de 2048 pixels délivrant un signal numérisé avec 12 bits).
- milieu diélectrique
- métal noble
- oscillation de charge sous le nom de plasmon de surface
- longueur d'onde moyenne
- plasmon de surface
- métal monovalent
- échelle logarithmique pour la transmission
- couche mince
TP 1-2 :Plasmons de volume et plasmons de surface dans les mÉtaux
1 Plasmonsde volume
On souhaite estimer dans cette partie la pulsation plasmaωpde l’or massif.Cette pulsation plasma correspond À un mode d’oscillation collective des Électrons du mÉtal.Pour des Électrons libres,ωp q 2 ne s’exprime en fonction de la densitÉ volumique de chargenparωp=. Dansce cas, on peut m²0 montrer queωpDans le domaineparamÉtrise la constante diÉlectrique du mÉtal (modÈle de Drude). 2 ω p optique, la relation de dispersion²(ω)prend la forme simple²(ω) = 1−2et on se propose de ω dÉterminer la valeur deωpÀ partir de mesures de transmission rÉalisÉes avec des couches minces semi-transparentes.
1.1 DispositifexpÉrimental : •Vous disposez de 3 couches d’or d’Épaisseurs (26 nm, 45 nm, et 65 nm).Ces couches ont ÉtÉ dÉposÉes sur un substrat de verre.Manipuler ces couches avec prÉcaution (attention À ne pas mettre les doigts sur les couches). •Le montage (voir ci-dessous) se compose d’une lampe À filament de tungstÈne Émettant dans le visible et proche infra-rouge (350-1000nm environ) et d’un spectromÈtre intÉgrÉ (ensemble constituÉ d’une fibre optique de 10 micron, d’un rÉseau et d’une camÉra de 2048 pixels dÉlivrant un signal numÉrisÉ avec 12 bits). •Mise en route du montage Le spectromÈtre est pilotÉ par le logiciel Avantes”c:\sw5basic\avsb.exe”principe, un. En raccourci vers le logiciel est directement accessible sur l’Écran.On peut commencer par lancer la commande " start new experiment " et dÉfinir un nom d’expÉrience.Ensuite, les fichiers seront enregistrÉs sous le format interne du logiciel sous la forme "Nom0001.roh", "Nom0002.roh ", avec une incrÉmentation automatique À chaque enregistrement avec la commande " save experiment ". Lesfichiers seront stockÉs dans le rÉpertoire”c:\sw5basic\data”. Pourconvertir un fichier " .roh " en format ASCII, il faut utiliser la commande " convert to ASCII " et choisir un fichier dans la liste des fichiers " .roh ".On obtient un fichier ASCII avec une extension " .trt ".Il est prÉfÉrable de le copier avec l’extension " .txt " dans un autre rÉpertoire avant de l’importer sous Kaleidagraph. •Enregistrement d’un spectre de transmission Il y a trois paramÈtres À initialiser :le temps d’intÉgration, le nombre d’accumulation et la longueur d’onde moyenne.On peut utiliser une longueur d’onde moyenne de 500 nm pour tous les spectres.On obtient dans ce cas un spectre entre 340nm et 1100 nm.Pour commencer, il vaut mieux utiliser une seule accumulation et optimiser le temps d’intÉgration pour maximiser le signal qui doit rester infÉrieur À la valeur maximum de 4096 coups (12 bits).La gamme utilisable varie entre 3ms et quelques secondes.Les acquisitions se lancent et s’arrtent avec les commandes " start " et " stop ".Une fois le temps d’intÉgration fixÉ, on peut choisir d’accumuler plusieurs acquisitions pour optimiser le rapport signal sur bruit (jusqu’À quelques milliers environ).Lorsque on choisit un temps d’intÉgration assez long et plusieurs milliers d’accumulation, il peut y avoir un dÉlai assez long (environ le produit de l’accumulation et du temps d’intÉgration) entre le moment oÙ on appuie sur les commandes " start " et " stop " et le dÉmarrage et l’arrt de l’acquisition. Il faut impÉrativement appuyer une seule fois et attendre la rÉaction du logiciel.Si on appuie plusieurs fois, le logiciel se bloque (dans ce cas, il faut le fermer et le relancer).Ensuite il ne reste qu’À lancer une acquisition, l’arrter et sauvegarder le spectre À l’Écran avec la commande " save experiment " qui enregistre le spectre avec un commentaire sous le nom indiquÉ en bas de l’Écran " Nom000n.roh ".On convertit le fichier comme indiquÉ au-dessus.
1.2 Mesuresdes spectres de transmission des couches mÉtalliques : 1. Ilest prÉfÉrable de faire les acquisitions dans le noir (surtout pour les temps d’exposition assez long). Enregistrezen premier un spectre de rÉfÉrence de la lampe À filament en notant bien
